JP2007308753A - Heat resistant diamond-like thin film, machine part provided therewith, die, and its production method - Google Patents

Heat resistant diamond-like thin film, machine part provided therewith, die, and its production method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a DLC film having excellent heat resistance and wear resistance. <P>SOLUTION: The heat resistant diamond-like thin film is deposited on the surface of a base material and comprises silicon. The concentration of the silicon in the grain boundary with the base material is higher than the concentration of the silicon in the surface, and the change in the concentration of the silicon between the grain boundary with the base material and that in the surface is continuous. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐熱性のダイヤモンド様薄膜及びそれを備えた機械部品、金型並びにその製造法に関し、特に、少なくとも断続的に300℃以上の温度に曝される条件において使用される機械部品、金型及びその製造方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat-resistant diamond-like thin film, a machine part including the same, a mold, and a method for manufacturing the same, and in particular, a machine part and a metal used under conditions that are at least intermittently exposed to 300 ° C. The present invention relates to a mold and a manufacturing method thereof.

ダイヤモンドライクカーボンと呼ばれるダイヤモンド様薄膜(DLC膜)は硬い薄膜材料であり、非晶質構造を有することから面粗度に優れている。   A diamond-like thin film (DLC film) called diamond-like carbon is a hard thin film material and has an amorphous structure and is excellent in surface roughness.

このため、摺動を伴う機械部品の耐久性向上に近年盛んに用いられている。特に、高度機械部品の集合体である自動車用内燃機関に応用されている(例えば、特許文献1及び2を参照。)。   For this reason, it has been actively used in recent years to improve the durability of mechanical parts that involve sliding. In particular, it is applied to an internal combustion engine for automobiles, which is an assembly of advanced machine parts (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、光学ガラス等の高精度のガラス成型においては、形状精度及び面粗度が優れた高精度ガラス成型用金型が必要とされる。成型用金型においては、加熱により金型表面が酸化されるため、面精度の維持が困難である。面精度を維持するために、金型表面を白金等の貴金属を基本組成とした薄膜により被覆することが試みられている。しかし、貴金属材料は硬度が低いために、継続的使用において摩耗による面精度の劣化が生じる。   Further, in high-precision glass molding such as optical glass, a high-precision glass molding die having excellent shape accuracy and surface roughness is required. In a mold for molding, it is difficult to maintain surface accuracy because the mold surface is oxidized by heating. In order to maintain surface accuracy, it has been attempted to coat the mold surface with a thin film having a basic composition of a noble metal such as platinum. However, since noble metal materials have low hardness, surface accuracy deteriorates due to wear during continuous use.

摩耗による面精度の劣化を防止する方法として、貴金属中に酸化ジルコン(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)及び酸化タンタル(Ta23)等の酸化物を分散させた薄膜を用いることにより、貴金属材料の硬度を補う方法が提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。また、貴金属中にホウ化チタン(TiB2)及びホウ化ジルコン(ZrB2)等のホウ素化合物を分散させた薄膜を用いたガラス成型用金型も提案されている(例えば、特許文献4を参照。)。
特開2005−36666号公報 特開2006−22666号公報 特公平2−49256号公報 特公平4−21607号公報
By using a thin film in which oxides such as zircon oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 3 ) are dispersed in a noble metal as a method for preventing deterioration of surface accuracy due to wear. A method for compensating the hardness of the noble metal material has been proposed (see, for example, Patent Document 3). Further, a glass molding die using a thin film in which boron compounds such as titanium boride (TiB 2 ) and zircon boride (ZrB 2 ) are dispersed in a noble metal has been proposed (see, for example, Patent Document 4). .)
JP 2005-36666 A JP 2006-22666 A Japanese Examined Patent Publication No. 2-49256 Japanese Examined Patent Publication No. 4-2607

しかしながら、DLC膜により被覆した機械備品は、耐熱性が不十分であるという問題がある。DLC膜は温度を上げていくと非晶質構造がグラファイト的構造に移行していくため、高温における使用には問題がある。一般にDLC薄膜の耐熱温度は300℃〜400℃前後であり,エンジン内部等の400℃を超える場所にDLC膜を適用するためには熱によるDLC膜の劣化を防止しなければならない。   However, the mechanical equipment covered with the DLC film has a problem that the heat resistance is insufficient. The DLC film has a problem in use at high temperatures because the amorphous structure shifts to a graphite-like structure as the temperature is raised. In general, the heat-resistant temperature of the DLC thin film is about 300 ° C. to 400 ° C., and in order to apply the DLC film to a location exceeding 400 ° C. such as the inside of the engine, it is necessary to prevent deterioration of the DLC film due to heat.

一方、金型の面精度維持のために用いる薄膜には、平滑性と耐摩耗性と耐熱性を兼ね備えた材料が望まれている。DLC膜は、平滑性と耐摩耗性を備えているため、金型の面精度維持のために用いる薄膜として期待されるが、先に述べたように耐熱性が不足するという問題がある。   On the other hand, a material having smoothness, wear resistance and heat resistance is desired for the thin film used for maintaining the surface accuracy of the mold. Since the DLC film has smoothness and wear resistance, it is expected as a thin film used for maintaining the surface accuracy of the mold, but there is a problem that the heat resistance is insufficient as described above.

本発明は、前記従来の問題を解決し、耐熱性及び耐摩耗性に優れたDLC膜及びそれを備えた機械部品及び金型を実現できるようにすることを特徴とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is characterized in that a DLC film excellent in heat resistance and wear resistance, and a machine part and a mold including the DLC film can be realized.

前記の目的を達成するため、本発明はダイヤモンド様薄膜を、基材との界面における硅素濃度が表面における硅素濃度よりも高く且つ硅素濃度が連続的に変化する構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention has a diamond-like thin film in which the silicon concentration at the interface with the substrate is higher than the silicon concentration at the surface and the silicon concentration continuously changes.

具体的に、本発明に係る耐熱性のダイヤモンド様薄膜は、基材の表面を覆うように形成され、硅素を含み、基材との界面における硅素濃度が、表面における硅素濃度よりも高く、基材との界面と表面との間における硅素濃度の変化が連続的であることを特徴とする。   Specifically, the heat-resistant diamond-like thin film according to the present invention is formed so as to cover the surface of the base material, contains silicon, and the silicon concentration at the interface with the base material is higher than the silicon concentration at the surface. The silicon concentration is continuously changed between the interface with the material and the surface.

本発明の耐熱性のダイヤモンド様薄膜によれば、基材との界面における硅素濃度が、表面における硅素濃度よりも高いため、ダイヤモンド様薄膜の熱伝導性が低くなり表面の熱が基材との界面側に伝わりにくくなる。従って、ヒートクラックの発生及び基材からの剥離が生じにくくなるので、ダイヤモンド様薄膜の耐熱性が向上する。また、表面における硬度も十分できるため、耐摩耗性と耐熱性とを両立させることができる。さらに、基材との界面と表面との間における硅素濃度の変化が連続的であるため、不連続界面における剥離が生じることがない。   According to the heat-resistant diamond-like thin film of the present invention, since the silicon concentration at the interface with the substrate is higher than the silicon concentration at the surface, the thermal conductivity of the diamond-like thin film is lowered and the surface heat is reduced from the substrate. It becomes difficult to be transmitted to the interface side. Therefore, since heat cracks and peeling from the substrate are less likely to occur, the heat resistance of the diamond-like thin film is improved. Moreover, since the hardness on the surface can be sufficient, both wear resistance and heat resistance can be achieved. Furthermore, since the change in the silicon concentration between the interface with the substrate and the surface is continuous, peeling at the discontinuous interface does not occur.

本発明に係る機械部品は、基材と、基材を覆い且つ硅素を含むダイヤモンド様薄膜とを備え、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、基材との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化していることを特徴とする。   The mechanical component according to the present invention includes a base material and a diamond-like thin film that covers the base material and contains silicon, and the diamond-like thin film has a lower concentration of silicon on the surface than the interface with the base material. The silicon concentration is continuously changing.

本発明の機械部品によれば、硅素を含むダイヤモンド様薄膜を備え、その表面における硅素の濃度が、基材との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化しているため、機械部品の表面を覆おうダイヤモンド様薄膜にヒートクラック等が生じにくく且つ表面の耐摩耗性も確保できる。従って、耐熱性と耐摩耗性及び平滑性を兼ね備えた機械部品を容易に実現することが可能となる。   According to the mechanical component of the present invention, since the diamond-like thin film containing silicon is provided, the concentration of silicon on the surface is lower than the interface with the base material, and the concentration of silicon is continuously changed. The diamond-like thin film covering the surface of the component is less likely to cause heat cracks and the like, and the surface wear resistance can be secured. Therefore, it is possible to easily realize a machine part having both heat resistance, wear resistance and smoothness.

本発明の機械部品において、ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、耐熱性と耐摩耗性とを確実に両立させることができる。   In the mechanical component of the present invention, the diamond-like thin film preferably has an atomic percentage concentration of silicon of 50% or less in a portion where the silicon concentration is highest. With such a configuration, both heat resistance and wear resistance can be reliably achieved.

この場合において、ダイヤモンド様薄膜は、基材との界面において硅素の濃度が最も高いことが好ましい。   In this case, the diamond-like thin film preferably has the highest silicon concentration at the interface with the substrate.

また、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下であることが好ましい。   The diamond-like thin film preferably has a silicon concentration of 90% or less of the silicon concentration at the highest silicon concentration.

本発明の機械部品において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、基材との界面における弾性係数よりも大きいことが好ましい。この場合において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が50GPa以上且つ400GPa以下であることが好ましい。   In the mechanical component of the present invention, the diamond-like thin film preferably has a larger elastic coefficient at the surface than that at the interface with the substrate. In this case, the diamond-like thin film preferably has an elastic modulus of 50 GPa or more and 400 GPa or less on the surface thereof.

本発明の機械部品において、ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、基材との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さいことが好ましい。   In the mechanical part of the present invention, the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the existence ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is the presence of the graphite bond to the diamond bond at the interface with the substrate. The ratio is preferably smaller than the ratio.

本発明の機械部品において、基材は、その表面における算術平均表面粗度が0.1nm以上且つ300nm以下であることが好ましい。   In the mechanical component of the present invention, the base material preferably has an arithmetic average surface roughness of 0.1 nm or more and 300 nm or less on the surface thereof.

本発明の機械部品の製造方法は、基材を準備する工程(a)と、基材の表面に硅素を含むダイヤモンド様薄膜を形成する工程(b)とを備え、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、基材との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化するように形成することを特徴とする。   The method of manufacturing a mechanical component of the present invention includes a step (a) of preparing a base material, and a step (b) of forming a diamond-like thin film containing silicon on the surface of the base material. The thin film is characterized in that the concentration of silicon on the surface is lower than that of the interface with the substrate and the concentration of silicon is continuously changed.

本発明の機械部品の製造方法によれば、ダイヤモンド様薄膜は、硅素の濃度が、ダイヤモンド様薄膜の表面において、基材との界面と比べて低くなるように連続的に変化するように形成するため、ヒートクラック等が生じにくく且つ表面の耐摩耗性を有するダイヤモンド様薄膜に覆われた機械部品を容易に実現することができる。   According to the method of manufacturing a mechanical component of the present invention, the diamond-like thin film is formed so that the concentration of silicon continuously changes so that the concentration of silicon is lower than the interface with the base material on the surface of the diamond-like thin film. Therefore, it is possible to easily realize a mechanical component covered with a diamond-like thin film that hardly causes heat cracks and has surface wear resistance.

本発明の機械部品の製造方法では、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下となるように形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a mechanical component of the present invention, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the atomic percentage concentration of silicon in the portion having the highest silicon concentration is 50% or less.

この場合に、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、基材との界面において硅素の濃度が最も高くなるように形成することが好ましい。   In this case, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the concentration of silicon is highest at the interface with the substrate.

また、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下となるように形成することが好ましい。   In the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the silicon concentration on the surface thereof is 90% or less of the silicon concentration in the portion where the silicon concentration is highest.

本発明の機械部品の製造方法では、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数基材との界面における弾性係数よりも大きくなるように形成することが好ましい。   In the method for producing a mechanical component of the present invention, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so as to have a larger elastic modulus at the interface with the elastic modulus substrate on the surface.

本発明の機械部品の製造方法では、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する比率が、基材との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する比率よりも小さくなるように形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a mechanical component of the present invention, in step (b), the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is the interface with the substrate. It is preferable to form it so as to be smaller than the ratio of the graphite bond to the diamond bond.

本発明に係る金型は、金型本体と、金型本体を覆い且つ硅素を含むダイヤモンド様薄膜とを備え、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、金型本体との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化していることを特徴とする。   A mold according to the present invention includes a mold body and a diamond-like thin film that covers the mold body and contains silicon, and the diamond-like thin film has a silicon concentration on the surface thereof compared to the interface with the mold body. And the concentration of silicon is continuously changing.

本発明の金型によれば、硅素を含むダイヤモンド様薄膜を備え、硅素の濃度が、ダイヤモンド様薄膜の表面において、基材との界面と比べて低く且つ連続的に変化しているため、金型の表面を覆おうダイヤモンド様薄膜にヒートクラック等が生じにくく且つ表面の耐摩耗性も確保できる。従って、長期に亘り面精度を確保することが可能な金型を容易に実現することができる。   According to the mold of the present invention, a diamond-like thin film containing silicon is provided, and the concentration of silicon is lower and continuously changing at the surface of the diamond-like thin film than the interface with the base material. The diamond-like thin film covering the mold surface is less likely to cause heat cracks and the like, and the surface wear resistance can be secured. Therefore, it is possible to easily realize a mold capable of ensuring surface accuracy over a long period of time.

本発明の金型において、ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、耐熱性と耐摩耗性とを確実に両立させることができる。   In the mold of the present invention, the diamond-like thin film preferably has an atomic percentage concentration of silicon of 50% or less at a portion where the silicon concentration is highest. With such a configuration, both heat resistance and wear resistance can be reliably achieved.

この場合において、ダイヤモンド様薄膜は、金型本体との界面において硅素の濃度が最も高いことが好ましい。   In this case, the diamond-like thin film preferably has the highest silicon concentration at the interface with the mold body.

また、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下であることが好ましい。   The diamond-like thin film preferably has a silicon concentration of 90% or less of the silicon concentration at the highest silicon concentration.

本発明の金型において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、金型本体との界面における弾性係数よりも大きいことが好ましい。この場合において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が50GP以上且つ400GPa以下であることが好ましい。   In the mold of the present invention, the diamond-like thin film preferably has a larger elastic coefficient at the surface than that at the interface with the mold body. In this case, the diamond-like thin film preferably has an elastic modulus on the surface of 50 GP or more and 400 GPa or less.

本発明の金型において、ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、金型本体との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さいことが好ましい。   In the mold of the present invention, the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is higher than the graphite bond to the diamond bond at the interface with the mold body. It is preferable that the abundance ratio is smaller.

本発明の金型において、金型本体は、その表面における算術平均表面粗度が0.1nm以上且つ300nm以下であることが好ましい。   In the mold of the present invention, the mold body preferably has an arithmetic average surface roughness of 0.1 nm or more and 300 nm or less on the surface thereof.

本発明に係る金型の製造方法は、金型本体を準備する工程(a)と、金型本体の表面に硅素を含むダイヤモンド様薄膜を形成する工程(b)とを備え、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、金型本体との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化するように形成することを特徴とする。   The manufacturing method of the metal mold | die which concerns on this invention is equipped with the process (a) which prepares a metal mold | die main body, and the process (b) which forms the diamond-like thin film containing a silicon | silicone on the surface of a metal mold | die main body, Process (b) The diamond-like thin film is characterized in that the concentration of silicon on the surface is lower than that of the interface with the mold body and the concentration of silicon continuously changes.

本発明の金型の製造方法によれば、ダイヤモンド様薄膜は、硅素の濃度が、ダイヤモンド様薄膜の表面において、基材との界面と比べて低くなるように連続的に変化するように形成するため、ヒートクラック等が生じにくく且つ表面の耐摩耗性を有するダイヤモンド様薄膜に覆われた金型を容易に実現することができる。   According to the mold manufacturing method of the present invention, the diamond-like thin film is formed so as to continuously change so that the concentration of silicon is lower than the interface with the base material on the surface of the diamond-like thin film. Therefore, it is possible to easily realize a mold covered with a diamond-like thin film that hardly causes heat cracks and has surface wear resistance.

本発明の金型の製造方法において、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下となるように形成することが好ましい。   In the method for producing a mold of the present invention, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the atomic percentage concentration of silicon in the portion having the highest silicon concentration is 50% or less.

この場合に、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、金型本体との界面において硅素の濃度が最も高くなるように形成することが好ましい。   In this case, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the concentration of silicon is highest at the interface with the mold body.

また、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下となるように形成することが好ましい。   In the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the silicon concentration on the surface thereof is 90% or less of the silicon concentration in the portion where the silicon concentration is highest.

本発明の金型の製造方法では、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、金型本体との界面における弾性係数よりも大きくなるように形成することが好ましい。   In the mold manufacturing method of the present invention, in the step (b), the diamond-like thin film is preferably formed so that the elastic coefficient at the surface thereof is larger than the elastic coefficient at the interface with the mold body.

本発明の金型の製造方法では、工程(b)において、ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、金型本体との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さくなるように形成することが好ましい。   In the mold manufacturing method of the present invention, in step (b), the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is different from that of the mold body. The graphite bond is preferably formed to be smaller than the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond at the interface.

本発明に係る耐熱性のダイヤモンド様薄膜並びにそれを備えた機械部品及び金型は、耐熱性及び耐摩耗性に優れたDLC膜及びそれを備えた機械部品及び金型を実現できる。   The heat-resistant diamond-like thin film according to the present invention and the machine part and mold including the same can realize a DLC film excellent in heat resistance and wear resistance and a machine part and mold including the DLC film.

本発明に係る耐熱性のDLC膜は、機械部品及び金型等の基材表面を覆う硅素(Si)含むダイヤモンド様薄膜(DLC膜)である。また、DLC膜の基材との界面におけるSi濃度が、表面におけるSi濃度よりも高くなっている。さらに、基材との界面と表面との間においてSi濃度は、連続的に変化している。   The heat-resistant DLC film according to the present invention is a diamond-like thin film (DLC film) containing silicon (Si) that covers the surface of a substrate such as a machine part and a mold. Further, the Si concentration at the interface between the DLC film and the substrate is higher than the Si concentration at the surface. Further, the Si concentration continuously changes between the interface with the substrate and the surface.

本願発明者らは、DLC膜中にSiを添加することによりDLC膜の耐熱性が向上することを見いだした。Siの添加によりDLC膜の耐熱性が向上する原理は、現在のところ明確ではないが、Siを添加することによりDLC膜の熱伝導性が低下し、これによりDLC膜が外部からの熱を吸収しにくくなるためではないかと考えられる。また、Siを添加することによりDLC膜の硬度が低下するため、DLC膜に加わる応力が緩和され、ヒートクラックが発生しにくくなるという効果も得られると考えられる。   The inventors of the present application have found that the heat resistance of the DLC film is improved by adding Si to the DLC film. The principle that the heat resistance of the DLC film is improved by the addition of Si is not clear at present, but the thermal conductivity of the DLC film is lowered by the addition of Si, so that the DLC film absorbs heat from the outside. It is thought that it may be difficult to do. Moreover, since the hardness of a DLC film falls by adding Si, it is thought that the effect that the stress added to a DLC film is relieve | moderated and a heat crack becomes difficult to generate | occur | produce is also acquired.

DLC膜の耐熱性はSiの添加量が多いほど向上するという知見が得られている。しかし、Siの添加量が増えると耐摩耗性が低下するため、DLC膜全体にSiを添加する場合には、Siの添加量が限られてしまう。また、Si添加量が異なるDLC膜を複数層積層したような場合には、熱伝導率が異なる不連続面が発生するため、剥離が生じやすくなってしまう。   It has been found that the heat resistance of a DLC film improves as the amount of Si added increases. However, since the wear resistance decreases as the amount of Si added increases, the amount of Si added is limited when Si is added to the entire DLC film. In addition, when a plurality of DLC films having different Si addition amounts are stacked, discontinuous surfaces with different thermal conductivities are generated, and peeling is likely to occur.

しかし、本発明のDLC膜は、基材との界面側におけるSi濃度が表面におけるSi濃度よりも高く且つSi濃度は連続的に変化している。このため、DLC膜表面における耐摩耗性を確保しつつ耐熱性を向上させることができ、さらに不連続面による剥離のおそれもない。なお、Siの濃度は連続的に変化していればよく、基材との界面から一旦濃度が上昇した後、表面に向かって濃度が減少するようなパターンであっても問題ない。   However, in the DLC film of the present invention, the Si concentration on the interface side with the substrate is higher than the Si concentration on the surface, and the Si concentration continuously changes. For this reason, heat resistance can be improved while ensuring the wear resistance on the surface of the DLC film, and there is no fear of peeling due to discontinuous surfaces. Note that the Si concentration only needs to change continuously, and there is no problem even if the pattern once increases from the interface with the substrate and then decreases toward the surface.

本発明における基材の材質は特に限定されない。例えば、金属、セラミックス及び耐熱性プラスチック等を用いることができる。   The material of the base material in the present invention is not particularly limited. For example, metals, ceramics, heat resistant plastics, and the like can be used.

また、本発明のDLC膜を機械部品の表面に形成することにより、表面が平滑で潤滑性に優れると共に、耐摩耗性及び耐熱性に優れた機械部品が実現できる。この場合の機械部品は、特に限定されないが、ピストン、ピストンリング及びエンジンバルブ等のエンジン関係の機械部品、溶接ノズル、撚線用ガイドローラ、タービン軸受け並びに軸受け等の断続的又は連続的に300℃以上の温度に曝される部分に用いられ且つ平滑性、耐摩耗性及び耐熱性が要求される部品である場合に優れた効果が得られる。   In addition, by forming the DLC film of the present invention on the surface of a mechanical part, it is possible to realize a mechanical part having a smooth surface and excellent lubricity, as well as excellent wear resistance and heat resistance. The machine parts in this case are not particularly limited, but are intermittently or continuously 300 ° C. such as engine-related machine parts such as pistons, piston rings and engine valves, welding nozzles, stranded wire guide rollers, turbine bearings, and bearings. An excellent effect is obtained when the part is used in a portion exposed to the above temperature and requires smoothness, wear resistance and heat resistance.

また、金型の表面に本発明のDLC膜を形成することにより、面精度に優れ且つ長期に亘り面精度を維持することができる金型が実現できる。この場合の金型は、特に限定はされないが、成型温度が300℃以上であるガラス等の成型用金型、過酷なしごき等により局所的に金型表面温度が300度以上に加熱される冷間プレス金型及び冷間鍛造金型並びに成型温度が500℃以上である温間鍛造金型等の耐熱性を要求される金型の場合に優れた効果が得られる。   Further, by forming the DLC film of the present invention on the surface of the mold, it is possible to realize a mold that has excellent surface accuracy and can maintain the surface accuracy for a long time. The mold in this case is not particularly limited, but is a cold in which the mold surface temperature is locally heated to 300 ° C. or more by a mold for molding such as glass having a molding temperature of 300 ° C. or higher, or by severe ironing. An excellent effect is obtained in the case of a die that requires heat resistance, such as a hot press die, a cold forging die, and a warm forging die having a molding temperature of 500 ° C. or higher.

基材とDLC膜との密着力は、基材表面の表面粗さを一定範囲以内にすることにより密着力をより向上させることができるという知見が得られている。基材表面における表面粗度が小さすぎる場合には、薄膜の基材表面へのアンカー効果が小さくなり、基材とDLC膜との密着力が低下する。また、表面粗度を小さくするためには、長時間の電解研磨を必要とするためコスト高になってしまう。一方、表面粗度を大きくすることにより、電解研磨時間を短縮してコストを低減することができるが、基材表面の表面粗度がDLC膜の膜厚よりも大きい場合には、均一に成膜できないおそれがある。従って、基材表面における算術平均表面粗度(Ra)は0.1nm以上且つ300nm以下とすればよく、好ましくは1nm以上且つ200nm以下とすればよい。   It has been found that the adhesion between the substrate and the DLC film can be further improved by keeping the surface roughness of the substrate surface within a certain range. When the surface roughness on the substrate surface is too small, the anchor effect of the thin film on the substrate surface is reduced, and the adhesion between the substrate and the DLC film is reduced. In addition, in order to reduce the surface roughness, long time electrolytic polishing is required, resulting in high cost. On the other hand, by increasing the surface roughness, the electropolishing time can be shortened and the cost can be reduced. However, when the surface roughness of the substrate surface is larger than the film thickness of the DLC film, it is uniformly formed. There is a possibility that the film cannot be formed. Therefore, the arithmetic average surface roughness (Ra) on the substrate surface may be 0.1 nm or more and 300 nm or less, and preferably 1 nm or more and 200 nm or less.

DLC膜は、スパッタ法、DCマグネトロンスパッタ法、RFマグネトロンスパッタ法、化学気相堆積法(CVD法)、プラズマCVD法、プラズマイオン注入法、重畳型RFプラズマイオン注入法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法又はレーザーアブレーション法等の公知の方法により基材の表面に形成することができる。   The DLC film is formed by sputtering, DC magnetron sputtering, RF magnetron sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma CVD, plasma ion implantation, superimposed RF plasma ion implantation, ion plating, arc It can be formed on the surface of the substrate by a known method such as an ion plating method, an ion beam vapor deposition method or a laser ablation method.

DLC膜を成膜する際に、テトラメチルシラン(TMS)等の硅素源となるガスを添加し、添加量を連続的に変化することにより、Siを含み且つ基材との界面側から表面側に向けてSi濃度が連続的に減少するDLC膜を得ることができる。ただし、Si濃度が高すぎるとSP3結合の割合が低下し、DLC膜として機能しなくなる。このため、最も硅素濃度が高い部分におけるSiの原子百分率濃度は50%以下とすることが好ましい。また、基材との界面においてSi濃度を最も高くした方が、耐熱性が向上するため好ましい。さらに、表面における耐摩耗性を確保するため、表面におけるSi濃度は基材との界面におけるSi濃度よりも低くする。また、表面におけるSi濃度は最も濃度が高い部分の濃度よりも10%以上低くして濃度勾配を形成することが好ましい。   When forming a DLC film, a gas that is a silicon source such as tetramethylsilane (TMS) is added, and the amount added is continuously changed, so that Si is contained and the surface side is changed from the interface side to the base material. As a result, a DLC film in which the Si concentration continuously decreases can be obtained. However, if the Si concentration is too high, the proportion of SP3 bonds decreases, and it does not function as a DLC film. For this reason, the atomic percentage concentration of Si in the portion with the highest silicon concentration is preferably 50% or less. In addition, it is preferable to increase the Si concentration at the interface with the base material because the heat resistance is improved. Furthermore, in order to ensure wear resistance on the surface, the Si concentration on the surface is made lower than the Si concentration on the interface with the substrate. Further, it is preferable to form a concentration gradient by making the Si concentration on the surface 10% or more lower than the concentration of the highest concentration portion.

DLC膜中のSi濃度を変化させることにより、DLC膜中の炭素原子同士の結合に占めるグラファイト結合(SP2結合)とダイヤモンド結合(SP3結合)との割合が変化する。従って、DLC膜におけるSP2結合のSP3結合に対する割合は、基材との界面においては表面と比べて大きくなる。   By changing the Si concentration in the DLC film, the proportion of graphite bonds (SP2 bonds) and diamond bonds (SP3 bonds) in the bonds between carbon atoms in the DLC film changes. Therefore, the ratio of the SP2 bond to the SP3 bond in the DLC film is larger than the surface at the interface with the substrate.

また、SP2結合とSP3結合との割合が変化することによりDLC膜の弾性係数(ヤング率)も変化する。DLC膜の表面においてはSP3結合の割合が高いため、基材との界面と比べてヤング率が高くなる。DLC膜の表面におけるヤング率は50GPa以上且つ400GPa以下とすればよく、好ましくは80GPa以上且つ300GPa以下である。   Further, the elastic modulus (Young's modulus) of the DLC film also changes as the ratio of SP2 bonds and SP3 bonds changes. Since the ratio of SP3 bonds is high on the surface of the DLC film, the Young's modulus is higher than that of the interface with the substrate. The Young's modulus on the surface of the DLC film may be 50 GPa or more and 400 GPa or less, and preferably 80 GPa or more and 300 GPa or less.

DLC膜の膜厚は、表面粗度等の精度を重視する場合には薄いことが望ましいが、Si濃度に濃度勾配を形成するためには少なくとも20nmの膜厚が必用であり、100nm程度の膜厚がより好ましい。また耐熱性を重視する場合には膜厚が厚いほうが望ましいが、膜の内部に蓄積される応力の影響を抑えるためには10μm以下とすることが好ましく、3μm以下とすることがより好ましい。   The thickness of the DLC film is desirably thin when importance is placed on accuracy such as surface roughness, but a film thickness of at least 20 nm is necessary to form a concentration gradient in the Si concentration. Thickness is more preferred. Further, when heat resistance is important, it is desirable that the film thickness is thick, but in order to suppress the influence of stress accumulated in the film, the thickness is preferably 10 μm or less, more preferably 3 μm or less.

また、DLC膜は基材の表面に直接形成することができるが、基材とDLC膜とをより強固に密着させるために、基材とDLC膜との間に中間層を設けてもよい。中間層を設ける場合には、基材の材質に応じて種々のものを用いることができるが、Siと炭素(C)、チタン(Ti)と炭素(C)又はクロム(Cr)と炭素(C)からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。   The DLC film can be directly formed on the surface of the base material, but an intermediate layer may be provided between the base material and the DLC film in order to more firmly adhere the base material and the DLC film. In the case of providing the intermediate layer, various materials can be used depending on the material of the substrate, but Si and carbon (C), titanium (Ti) and carbon (C), or chromium (Cr) and carbon (C A known film such as an amorphous film made of

また、中間層は、基材の表面に均一に形成する必要があるため、ある程度の膜厚が必要である。しかし、膜厚があまりに厚くなると成膜時間が長くなり生産性が低下する。従って、中間層の膜厚は5nm以上且つ3μm以下とすればよく、好ましくは10nm以上且つ1μm以下とする。   In addition, since the intermediate layer needs to be formed uniformly on the surface of the substrate, a certain degree of film thickness is required. However, if the film thickness is too thick, the film formation time becomes long and the productivity is lowered. Therefore, the film thickness of the intermediate layer may be 5 nm or more and 3 μm or less, preferably 10 nm or more and 1 μm or less.

また、中間層は、公知の方法を用いて形成することができ、例えば、スパッタ法、CVD法、プラズマCVD法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いればよい。   The intermediate layer can be formed using a known method. For example, a sputtering method, a CVD method, a plasma CVD method, a thermal spraying method, an ion plating method, an arc ion plating method, or the like may be used.

以下に、本発明に係る耐熱性のDLC膜、機械部品及び金型について実施例によりさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the heat-resistant DLC film, the machine part and the mold according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(一実施例)
機械部品又は金型のモデルとして12mm角で厚さが6mmの超硬合金(K−10相当)製のテストピースの表面にDLC膜を形成した。
(Example)
A DLC film was formed on the surface of a test piece made of cemented carbide (equivalent to K-10) having a 12 mm square and a thickness of 6 mm as a model of a machine part or a mold.

図1は、本実施例において用いたイオン化蒸着装置を模式的に示したものであり、真空チャンバーの内部に設けられた直流アーク放電プラズマ発生器21に、イオン源であるAr並びにベンゼン(C66)ガスを導入することにより発生させたプラズマを、負電圧にバイアスしたターゲット22に衝突させることによりターゲット22の上にDLC膜を固体化して成膜する通常のイオン化蒸着装置である。 FIG. 1 schematically shows an ionization vapor deposition apparatus used in the present embodiment. A DC arc discharge plasma generator 21 provided in a vacuum chamber is connected to Ar and benzene (C 6) as ion sources. This is an ordinary ionization deposition apparatus for solidifying a DLC film on the target 22 by colliding the plasma generated by introducing H 6 ) gas with the target 22 biased to a negative voltage.

テストピースをイオン化蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバーにアルゴンガス(Ar)を圧力が10-1Pa〜10-3Pa(10-3Torr〜10-5Torr)となるように導入した後、放電を行うことによりArイオン発生させ、発生したArイオンをテストピースの表面に衝突させるボンバードクリーニングを約30分間行った。 The test piece was set in a chamber of the ionization vapor deposition apparatus, after introducing to argon gas (Ar) pressure becomes 10 -1 Pa~10 -3 Pa (10 -3 Torr~10 -5 Torr) in the chamber Then, Ar ion was generated by discharging, and bombard cleaning was performed for about 30 minutes to cause the generated Ar ions to collide with the surface of the test piece.

続いて、チャンバにテトラメチルシラン(Si(CH34)を3分間導入し、硅素(Si)及び炭素(C)を主成分とするアモルファス状で膜厚が10nmの中間層を形成した。なお、中間層はテストピースとDLC膜との密着性を向上させるために設けており、テストピースとDLC膜12との密着性を十分に確保できる場合には省略してもよい。 Subsequently, tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ) was introduced into the chamber for 3 minutes to form an amorphous intermediate layer having a thickness of 10 nm mainly composed of silicon (Si) and carbon (C). The intermediate layer is provided in order to improve the adhesion between the test piece and the DLC film, and may be omitted when sufficient adhesion between the test piece and the DLC film 12 can be secured.

中間層を形成した後、テトラメチルシランとC66ガスとの混合ガスをチャンバ内に導入しながら放電を行うことによりSiを含むDLC膜を形成した。テトラメチルシランとC66ガスとの混合比は、表1に示すように成膜時間の経過とともに変化させた。 After forming the intermediate layer, a DLC film containing Si was formed by performing discharge while introducing a mixed gas of tetramethylsilane and C 6 H 6 gas into the chamber. As shown in Table 1, the mixing ratio of tetramethylsilane and C 6 H 6 gas was changed with the passage of film formation time.

この際に、チャンバ内の圧力は10-1Paとなるように調整した。また、基板電圧は1.5kV、基板電流は50mA、フィラメント電圧は14V、フィラメント電流は30A、アノード電圧は50V、アノード電流は0.6A、リフレクタ電圧は50V、リフレクタ電流は6mAとした。また、形成時におけるテストピースの温度は約160℃であった。なお、DLC膜を形成する際にCF4等のフッ素を含むガスを添加することにより、Siとフッ素とを含むDLC膜を形成することも可能である。 At this time, the pressure in the chamber was adjusted to 10 −1 Pa. The substrate voltage was 1.5 kV, the substrate current was 50 mA, the filament voltage was 14 V, the filament current was 30 A, the anode voltage was 50 V, the anode current was 0.6 A, the reflector voltage was 50 V, and the reflector current was 6 mA. Moreover, the temperature of the test piece at the time of formation was about 160 ° C. Note that it is also possible to form a DLC film containing Si and fluorine by adding a gas containing fluorine such as CF 4 when forming the DLC film.

以下に、得られたSiを含むDLC膜を備えたテストピースについて種々の分析を行った結果を示す。なお、比較例としては、テトラメチルシランを供給せずにDLC膜を形成したテストピースを用いた。   Below, the result of having performed various analysis about the test piece provided with the obtained DLC film containing Si is shown. As a comparative example, a test piece in which a DLC film was formed without supplying tetramethylsilane was used.

図2は得られたDLC膜の構成成分を分析した結果を示している。測定には、PHISICAL ELECTRONICS社製のPHI−660型走査型オージェ電子分光装置を用いた。電子銃の加速電圧が10kVで、試料電流が500nAの条件で測定を行った。また、Arイオン銃の加速電圧は2kVとして、スパッタリングレートは8.2nm/minに設定した。   FIG. 2 shows the result of analyzing the constituent components of the obtained DLC film. For the measurement, a PHI-660 scanning Auger electron spectrometer manufactured by PHISICAL ELECTRONICS was used. The measurement was performed under the condition that the acceleration voltage of the electron gun was 10 kV and the sample current was 500 nA. Further, the acceleration voltage of the Ar ion gun was set to 2 kV, and the sputtering rate was set to 8.2 nm / min.

図2に示すようにSiの原子百分率(at%)の値は、DLC膜の表面からテストピース側に向かって従い次第に上昇し、逆に炭素(C)の原子百分率の値は、DLC膜の表面からテストピース側に向かって次第に減少している。これは、DLC膜に含まれるSiの濃度がテストピースとの界面では高く、表面では低くなるように連続的に変化していることを示している。   As shown in FIG. 2, the value of atomic percentage (at%) of Si gradually increases from the surface of the DLC film toward the test piece, and conversely, the value of atomic percentage of carbon (C) is the value of the DLC film. It gradually decreases from the surface toward the test piece. This indicates that the concentration of Si contained in the DLC film continuously changes so as to be high at the interface with the test piece and low at the surface.

また、図3は異なった条件でC66ガス及びテトラメチルシランを供給して形成したDLC膜について測定した結果を示している。このように、DLC膜の表面近くにおけるSi濃度の変化を大きくしてもよい。 FIG. 3 shows the measurement results of the DLC film formed by supplying C 6 H 6 gas and tetramethylsilane under different conditions. Thus, the change in Si concentration near the surface of the DLC film may be increased.

図4は得られたDLC膜について炭素原子の結晶構造を測定した結果を示している。測定には、日本分光株式会社製のNRS―3200型顕微レーザーラマン分光光度計を用い、励起波長は532nm、レーザパワーは10mW、回折格子は600本/mm、対物レンズは20倍、スリットは0.1×6mm、露光時間は60秒、積算は2回とした。   FIG. 4 shows the results of measuring the crystal structure of carbon atoms for the obtained DLC film. The measurement was performed using an NRS-3200 microscopic laser Raman spectrophotometer manufactured by JASCO Corporation, the excitation wavelength was 532 nm, the laser power was 10 mW, the diffraction grating was 600 lines / mm, the objective lens was 20 times, and the slit was 0. .Times.1.times.6 mm, exposure time was 60 seconds, and integration was twice.

図4(a)に示すようにDLC膜の表面においては、ダイヤモンド結合(SP3結合)を示すピークの面積がグラファイト結合(SP2結合)を示すピーク面積よりも大きくなっている。一方、図5(b)に示すようにテストピースとの界面においては、SP2結合を示すピークの面積がSP3結合を示すピークよりも大きくなっている。   As shown in FIG. 4A, on the surface of the DLC film, the peak area showing diamond bonds (SP3 bonds) is larger than the peak area showing graphite bonds (SP2 bonds). On the other hand, as shown in FIG. 5B, at the interface with the test piece, the area of the peak showing the SP2 bond is larger than the peak showing the SP3 bond.

各ピークの面積をカーブフィッティング処理(バンド分解)により求め、得られたピーク面積の比を求めることによりSP2結合とSP3結合の存在比率を求めたところ、テストピースとの界面においてはSP2結合のSP3結合に対する存在比は0.46となり、表面においてはSP2結合のSP3結合に対する存在比は1.17となった。つまり、Si濃度が高いテストピースとの界面においては、表面と比べてダイヤモンド結合が少なくグラファイト結合が多くなっている。このことは、テストピースとの界面においては表面と比べてDLC膜の硬度が低くなっていることを示唆している。   The area of each peak was determined by curve fitting (band decomposition), and the ratio of the obtained peak areas was determined to determine the abundance ratio of SP2 bond and SP3 bond. As a result, SP3 of SP2 bond was found at the interface with the test piece. The abundance ratio to the bond was 0.46, and the abundance ratio of the SP2 bond to the SP3 bond was 1.17 on the surface. That is, at the interface with the test piece having a high Si concentration, there are few diamond bonds and many graphite bonds compared to the surface. This suggests that the hardness of the DLC film is lower at the interface with the test piece than at the surface.

実際に、DLC膜の硬度及び弾性係数(ヤング率)を測定したところ、Si濃度が高いテストピースとの界面においては、硬度が26GPaであり、ヤング率が113GPaであったのに対し、Si濃度が低い表面においては、硬度が29GPaでありヤング率が210GPaであった。   Actually, when the hardness and elastic modulus (Young's modulus) of the DLC film were measured, the hardness was 26 GPa and the Young's modulus was 113 GPa at the interface with the test piece having a high Si concentration. On the low surface, the hardness was 29 GPa and the Young's modulus was 210 GPa.

なお、硬度及びヤング率の測定にはHysitron社製の高感度(0.0004nm、3nN)センサーを搭載した90度三角錐のダイヤモンド圧子を用いたナノインデンテーション法により行った。圧痕状態の測定には試料表面を微小な探針で走査することによって三次元形状を高倍率で観察できる顕微鏡である株式会社島津製作所製の走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)を用いた。ナノインデンテーションによる測定条件は100μNの精度でダイヤモンド圧子を制御しながら試料に押し込み、荷重-変位曲線の解析から硬度や弾性率等の力学的性質を定量した。圧子の押し込み時間は5秒間とし、また引き抜き時間も5秒間に設定して測定を行った。   The hardness and Young's modulus were measured by a nanoindentation method using a 90-degree triangular pyramid diamond indenter equipped with a high sensitivity (0.0004 nm, 3 nN) sensor manufactured by Hysitron. For the measurement of the indentation state, a scanning probe microscope (SPM) manufactured by Shimadzu Corporation, which is a microscope capable of observing a three-dimensional shape at a high magnification by scanning the surface of the sample with a fine probe, was used. . The measurement conditions by nanoindentation were controlled by indenting the diamond indenter with an accuracy of 100 μN, and the mechanical properties such as hardness and elastic modulus were quantified from the analysis of the load-displacement curve. The indenter pressing time was set to 5 seconds, and the drawing time was set to 5 seconds for measurement.

図5は得られたSiを含むDLC膜が形成されたテストピースと、比較例であるSiを含まないDLC膜が形成されたテストピースについて耐熱性を測定した結果を示している。電気炉中においてテストピースを500℃又は600℃に昇温し、3時間保持した後、室温に冷却して表面の状態をキーエンス社製のVK−9500ピンホール共焦点(コンフォーカル)顕微鏡により観察した。   FIG. 5 shows the results of measuring the heat resistance of the test piece on which the obtained DLC film containing Si and the test piece on which a DLC film not containing Si as a comparative example was formed. The temperature of the test piece was raised to 500 ° C. or 600 ° C. in an electric furnace, held for 3 hours, cooled to room temperature, and the surface condition was observed with a Keyence VK-9500 pinhole confocal microscope. did.

図5に示すように本実施例のSiを含むDLC膜を形成したテストピースは、500℃及び600℃のいずれにおいてもクラックは発生していない。一方、比較例のSiを含まないDLC膜を形成したテストピースは、500℃及び600℃のいずれにおいてもクラックが発生した。以上の結果から、本実施例のSiを含むDLC膜は高い耐熱性を有し、Siを含むDLC膜を備えた金型及び機械部品は、優れた平滑性、耐摩耗性及び耐熱性を有していることが明らかである。   As shown in FIG. 5, the test piece on which the DLC film containing Si of this example is formed has no cracks at 500 ° C. and 600 ° C. On the other hand, the test piece on which the DLC film not containing Si of the comparative example formed a crack at both 500 ° C. and 600 ° C. From the above results, the DLC film containing Si of this example has high heat resistance, and the molds and mechanical parts including the DLC film containing Si have excellent smoothness, wear resistance, and heat resistance. Obviously.

本発明に係る耐熱性のダイヤモンド様薄膜及びそれを備えた機械部品、金型並びにその製造方法は、耐熱性及び耐摩耗性に優れたDLC膜及びそれを備えた機械部品又は金型を実現でき、特に、少なくとも断続的に300℃以上の温度に曝される条件において使用される機械部品、金型及びその製造方法等として有用である。   The heat-resistant diamond-like thin film according to the present invention, the machine part and mold including the same, and the manufacturing method thereof can realize a DLC film excellent in heat and wear resistance and a machine part or mold including the DLC film. In particular, it is useful as a machine part, a mold, a manufacturing method thereof, and the like that are used at least intermittently exposed to a temperature of 300 ° C. or higher.

本発明の一実施例に係るダイヤモンド様薄膜の製造に用いたイオン化蒸着装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the ionization vapor deposition apparatus used for manufacture of the diamond-like thin film which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るダイヤモンド様薄膜の深さ方向における成分の変化を示すオージェ電子分光分析の結果である。It is a result of the Auger electron spectroscopy analysis which shows the change of the component in the depth direction of the diamond-like thin film which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例の変形例に係るダイヤモンド様薄膜の深さ方向における成分の変化を示すオージェ電子分光分析の結果である。It is a result of the Auger electron spectroscopy analysis which shows the change of the component in the depth direction of the diamond-like thin film which concerns on the modification of one Example of this invention. (a)及び(b)は本発明の一実施例に係るダイヤモンド様薄膜のDLC膜におけるSP2結合のSP3結合に対する存在比の測定結果を示し、(a)は表面におけるラマンスペクトルであり、(b)はステント本体との界面におけるラマンスペクトルである。(A) And (b) shows the measurement result of the abundance ratio of SP2 bond to SP3 bond in the DLC film of the diamond-like thin film according to one embodiment of the present invention, (a) is the Raman spectrum on the surface, (b ) Is the Raman spectrum at the interface with the stent body. 本発明の一実施例に係るダイヤモンド様薄膜の耐熱性試験の結果を示すレーザ顕微鏡写真である。It is a laser micrograph which shows the result of the heat resistance test of the diamond-like thin film which concerns on one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

21 プラズマ発生器
22 ターゲット
21 Plasma generator 22 Target

Claims (29)

基材を覆うように形成され、
硅素を含み、
前記基材との界面における硅素濃度が、表面における硅素濃度よりも高く、
前記基材との界面と表面との間における硅素濃度の変化が連続的であることを特徴とする耐熱性のダイヤモンド様薄膜。
Formed to cover the substrate,
Contains silicon,
The silicon concentration at the interface with the substrate is higher than the silicon concentration on the surface,
A heat-resistant diamond-like thin film characterized in that a change in silicon concentration between the interface with the substrate and the surface is continuous.
基材と、
前記基材を覆い且つ硅素を含むダイヤモンド様薄膜とを備え、
前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記基材との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化していることを特徴とする機械部品。
A substrate;
A diamond-like thin film covering the substrate and containing silicon;
The diamond-like thin film is a mechanical part characterized in that the concentration of silicon on the surface is lower than that of the interface with the substrate, and the concentration of silicon is continuously changing.
前記ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下であることを特徴とする請求項2に記載の機械部品。   The mechanical part according to claim 2, wherein the diamond-like thin film has an atomic percentage concentration of silicon of 50% or less in a portion where the silicon concentration is highest. 前記ダイヤモンド様薄膜は、前記基材との界面において硅素の濃度が最も高いことを特徴とする請求項3に記載の機械部品。   The mechanical part according to claim 3, wherein the diamond-like thin film has the highest concentration of silicon at the interface with the base material. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の機械部品。   The mechanical part according to claim 3 or 4, wherein the diamond-like thin film has a silicon concentration of 90% or less of a silicon concentration in a portion where the silicon concentration is highest. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、前記基材との界面における弾性係数よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の機械部品。   The mechanical component according to claim 2, wherein the diamond-like thin film has an elastic coefficient on a surface thereof larger than an elastic coefficient at an interface with the base material. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が50GPa以上且つ400GPa以下であることを特徴とする請求項6に記載の機械部品。   The mechanical component according to claim 6, wherein the diamond-like thin film has an elastic coefficient of 50 GPa or more and 400 GPa or less on a surface thereof. 前記ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つ前記ダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、前記基材との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の機械部品。   The diamond-like thin film has graphite bonds and diamond bonds, and the abundance ratio of graphite bonds to diamond bonds on the surface of the diamond-like thin film is smaller than the abundance ratio of graphite bonds to diamond bonds at the interface with the substrate. The machine part according to claim 2, wherein 前記基材は、その表面における算術平均表面粗度が0.1nm以上且つ300nm以下であることを特徴とする請求項2に記載の機械部品。   The machine part according to claim 2, wherein the base material has an arithmetic average surface roughness of 0.1 nm or more and 300 nm or less on a surface thereof. 基材を準備する工程(a)と、
前記基材の表面に硅素を含むダイヤモンド様薄膜を形成する工程(b)とを備え、
前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記基材との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化するように形成することを特徴とする機械部品の製造方法。
Preparing a substrate (a);
And (b) forming a diamond-like thin film containing silicon on the surface of the base material,
In the step (b), the diamond-like thin film is formed such that the concentration of silicon on the surface is lower than the interface with the substrate and the concentration of silicon continuously changes. Manufacturing method of machine parts.
前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下となるように形成することを特徴とする請求項10に記載の機械部品の製造方法。   The said diamond-like thin film is formed in the said process (b) so that the atomic percentage concentration of the silicon in the part with the highest silicon concentration may be 50% or less, The manufacturing of the machine component of Claim 10 characterized by the above-mentioned. Method. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、前記基材との界面において硅素の濃度が最も高くなるように形成することを特徴とする請求項11に記載の機械部品の製造方法。   12. The method of manufacturing a mechanical part according to claim 11, wherein in the step (b), the diamond-like thin film is formed so that the concentration of silicon is highest at the interface with the base material. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下となるように形成することを特徴とする請求項11又は12に記載の機械部品の製造方法。   12. In the step (b), the diamond-like thin film is formed so that a silicon concentration on the surface thereof is 90% or less of a silicon concentration in a portion where the silicon concentration is highest. Or the manufacturing method of the machine component of 12. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数前記基材との界面における弾性係数よりも大きくなるように形成することを特徴とする請求項10に記載の機械部品の製造方法。   The said diamond-like thin film is formed in the said process (b) so that it may become larger than the elastic modulus in the interface with the said base material in the surface, The mechanical component manufacture of Claim 10 characterized by the above-mentioned. Method. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つ前記ダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する比率が、前記基材との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する比率よりも小さくなるように形成することを特徴とする請求項10に記載の機械部品の製造方法。   In the step (b), the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is such that the graphite-bonded diamond bond at the interface with the substrate. It forms so that it may become smaller than the ratio with respect to this. The manufacturing method of the machine components of Claim 10 characterized by the above-mentioned. 金型本体と、
前記金型本体を覆い且つ硅素を含むダイヤモンド様薄膜とを備え、
前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記金型本体との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化していることを特徴とする金型。
Mold body,
A diamond-like thin film covering the mold body and containing silicon;
The diamond-like thin film is characterized in that the concentration of silicon on the surface is lower than the interface with the mold body, and the concentration of silicon is continuously changing.
前記ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下であることを特徴とする請求項16に記載の金型。   The mold according to claim 16, wherein the diamond-like thin film has an atomic percentage concentration of silicon of 50% or less in a portion where the silicon concentration is highest. 前記ダイヤモンド様薄膜は、前記金型本体との界面において硅素の濃度が最も高いことを特徴とする請求項17に記載の金型。   The mold according to claim 17, wherein the diamond-like thin film has the highest silicon concentration at the interface with the mold body. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下であることを特徴とする請求項17又は18に記載の金型。   The mold according to claim 17 or 18, wherein the diamond-like thin film has a silicon concentration of 90% or less of a silicon concentration in a portion where the silicon concentration is highest. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、前記金型本体との界面における弾性係数よりも大きいことを特徴とする請求項16に記載の金型。   The mold according to claim 16, wherein the diamond-like thin film has an elastic coefficient on a surface thereof larger than an elastic coefficient at an interface with the mold main body. 前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が50GPa以上且つ400GPa以下であることを特徴とする請求項20に記載の金型。   21. The mold according to claim 20, wherein the diamond-like thin film has an elastic coefficient of 50 GPa or more and 400 GPa or less on the surface thereof. 前記ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つ前記ダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、前記金型本体との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さいことを特徴とする請求項16に記載の金型。   The diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond at the surface of the diamond-like thin film is greater than the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond at the interface with the mold body. The mold according to claim 16, which is small. 前記金型本体は、その表面における算術平均表面粗度が0.1nm以上且つ300nm以下であることを特徴とする請求項16に記載の金型。   The mold according to claim 16, wherein the mold main body has an arithmetic average surface roughness of 0.1 nm or more and 300 nm or less on a surface thereof. 金型本体を準備する工程(a)と、
前記金型本体の表面に硅素を含むダイヤモンド様薄膜を形成する工程(b)とを備え、
前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記金型本体との界面と比べて低く且つ硅素の濃度が連続的に変化するように形成することを特徴とする金型の製造方法。
Preparing a mold body (a);
Forming a diamond-like thin film containing silicon on the surface of the mold body (b),
In the step (b), the diamond-like thin film is formed such that the concentration of silicon on the surface is lower than the interface with the mold body and the concentration of silicon continuously changes. Mold manufacturing method.
前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、硅素濃度が最も高い部分における硅素の原子百分率濃度が50%以下となるように形成することを特徴とする請求項24に記載の金型の製造方法。   25. The mold production according to claim 24, wherein, in the step (b), the diamond-like thin film is formed so that an atomic percentage concentration of silicon in a portion having the highest silicon concentration is 50% or less. Method. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、前記金型本体との界面において硅素の濃度が最も高くなるように形成することを特徴とする請求項11に記載の金型の製造方法。   12. The method of manufacturing a mold according to claim 11, wherein in the step (b), the diamond-like thin film is formed so that a concentration of silicon is highest at an interface with the mold body. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における硅素の濃度が、前記硅素濃度が最も高い部分における硅素の濃度の90%以下となるように形成することを特徴とする請求項11又は26に記載の金型の製造方法。   12. In the step (b), the diamond-like thin film is formed such that the concentration of silicon on the surface thereof is 90% or less of the concentration of silicon in the portion with the highest silicon concentration. Or the manufacturing method of the metal mold | die of 26. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、その表面における弾性係数が、前記金型本体との界面における弾性係数よりも大きくなるように形成することを特徴とする請求項24に記載の金型の製造方法。   25. The gold according to claim 24, wherein, in the step (b), the diamond-like thin film is formed such that an elastic coefficient on a surface thereof is larger than an elastic coefficient at an interface with the mold body. Mold manufacturing method. 前記工程(b)において、前記ダイヤモンド様薄膜は、グラファイト結合及びダイヤモンド結合を有し且つ前記ダイヤモンド様薄膜の表面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比が、前記金型本体との界面におけるグラファイト結合のダイヤモンド結合に対する存在比よりも小さくなるように形成することを特徴とする請求項24に記載の金型の製造方法。   In the step (b), the diamond-like thin film has a graphite bond and a diamond bond, and the abundance ratio of the graphite bond to the diamond bond on the surface of the diamond-like thin film is such that the graphite bond at the interface with the mold body. 25. The method for producing a mold according to claim 24, wherein the mold is formed so as to be smaller than the abundance ratio with respect to diamond bonds.
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